A FIZIKA TANÍTÁSA
A HUNVEYOR GYAKORLÓ ÛRSZONDAMODELL SOKOLDALÚ FÖLHASZNÁLÁSA A FIZIKA TANÍTÁSÁBAN ÉS A TANTÁRGYI KAPCSOLATOKBAN Bérczi Szaniszló, ELTE TTK, Anyagfizika Tanszék Hegyi Sándor, PTE TTK, Informatika és Általános Technika Tanszék Hudoba György, BMF Regionális Oktatási és Innovációs Központ
A Hunveyor-modell megépítése Bô tíz évvel ezelôtt, 1997 ôszén, egy új oktatási formát kezdtünk el az ELTE TTK Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Ûrkutató Csoportjánál. Egy kísérleti és gyakorló jellegû ûrszondamodell építéséhez fogtunk. A robot építéséhez a NASA egy 1960-as években használt ûrszondája, a Surveyor szerkezetét és fölépítését vettük mintául (1. ábra ). A Surveyor-7 1968 februárjában szállt le simán a Holdra a Tycho-kráter északi lejtôjén, és ott mechanikai, mágneses, optikai és sugárzásos anyagvizsgáló méréseket végzett. 1. ábra. A Surveyor-3 1967. áprilisi Holdat érése után 31 hónapot várt Alan L. Bean re, közelében leszálló Apollo-12 ûrhajósára. Alatta a Surveyor fölül- és oldalnézetben. A világos és egyszerû elrendezés – lásd a besatírozással kiemelt vázszerkezetet – sugallta a Hunveyor-modell megépítését.
Az ûrszondamodell építésével az volt a célunk, hogy megtanuljuk egy olyan összetett kísérleti berendezés építését, amely széleskörûen használható a természettudományos tantárgyak oktatásában. Ûrszondamodellünket Hunveyornak (H ungarian un iversity Surveyor ) neveztük el. A Surveyorok méréseit bemutató szakirodalomból megérezhettük, hogy mi az ûrszondacsalád holdfelszíni munkasikerének a titka: az egyszerû vázszerkezet és a jól kigondolt energetika, elektronika és mûszerpark. Ûrkutatási intézményekben (Space Camp, Huntsville, Space Center, Houston) tett látogatások alkalmával azt is megtapasztalhattuk, hogy az elektronikus rendszer – szimulációs céllal – szintén egy egyszerû alapelrendezésre építhetô föl: két számítógép „beszélgetésére” (2. ábra ). A Surveyor ûrkísérletek elemzése után a robotépítés elôször az ELTE TTK Általános Technika Tanszékén kezdôdött meg (késôbb az Általános Fizika Tanszéken folytatódott), majd a munkába bekapcsolódott a Pécsi Tudományegyetem Informatika és Általános Technika Tanszéke és a Budapesti Mûszaki Fôiskola székesfehérvári Kandó Kálmán Karának munkacsoportja is (és néhány további intézmény vett még részt a munkában, melyekrôl az 1. táblázat ban számolunk be). A Hunveyor gyakorló ûrszondamodell a Surveyor 1/3 méretarányú változatának vázával épült. Az alapelgondolás egy olyan minimálûrszonda-modell építése volt, amely már megérkezett az égitest felszínére és méri a környezetét. E mérések tervezése során csaknem minden természettudományos tantárgy felségvizére eljutottunk. Egy ûrszonda: megszôtt irányítási és mérési technológiarendszer (3. ábra ). A mozgatások mechatronikai szerkezeteket kívánnak bekapcsolni. A kísérleti gyakorló ûrszonda építése során elôször egy olyan egyszerû minimálûrszonda készült el (4. ábra ), melyen robotkar és fedélzeti kamera mûködött. Késôbb termikus, mágneses, elektrosztatikus (porgyûjtô), talajkeménység-, illetve talaj2. ábra. A Hunveyor-szimulátorrendszer elektronikus alapszerkezete: két számítógép kapcsolata az RS 232-es soros porton. vezérlõ pult
fõ modul RS 232
A FIZIKA TANÍTÁSA
RS 232
55
Hunveyor gyakorló ûrszonda
a váz és a mechanika
a fedélzeten lévõ egységek
energiaellátási rendszerek
vezeték nélküli kommunikáció
irányítóközpont komputere
kísérletek mûszerei
szerver
vázszerkezet, csatlakozások
fedélzeti számítógép
napelemtábla
talajmintavevõ kar
lábak, talpak
irányítási parancsok
fedélzeti akkumulátor
hõmérsékletmérõ szenzor
illesztések
kommunikációs parancsok
kontrollelemek
talajanalizáló spektrométer
egységek dobozolásai
mûszerek irányítása robotkar motorjai
felhasználói komputerek internet-, webkapcsolatok
roveren lévõ kamerarendszer
fedélzeti kamera, tükör motorjai
3. ábra. A Hunveyor építésének blokkdiagramja 1. táblázat A jelenlegi Hunveyor–Husar-csoportok Hunveyor-1 Eötvös Loránd Tudományegyetem, TTK, Fizikai Intézet, Anyagfizikai Tanszék, Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Ûrkutató Csoport, Budapest. Hunveyor-1b és -1c. A minimálûrszonda 1997 ôszén készült el, a Husar-1 1998 ôszén. Programszervezô: Bérczi Szaniszló. http://planetologia.elte.hu/ Hunveyor-2 Pécsi Tudományegyetem, TTK, Informatika és Általános Technika Tanszék, Pécs. Hunveyor-2 minimálûrszonda 1998 tavaszán, Husar-2a, Husar-2b és Husar-2c. Lego Husar változat. Programszervezô: Hegyi Sándor. http://www.ttk.pte.hu/ami/urkutato/index2.htm Hunveyor-3 Berzsenyi Dániel Fôiskola, Technika Tanszék és Természetföldrajzi Tanszék, Szombathely. Hunveyor-3 minimálûrszonda 2001 tavaszán. Programszervezô: Károssy Csaba. Hunveyor-4 Budapesti Mûszaki Fôiskola, Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar, Számítógéptudományi Intézet, Székesfehérvár. A Hunveyor-4 minimálûrszonda 2003 tavaszán, a Husar-4 2004-ben készült el. Programszervezô: Hudoba György. http://hunveyor.szgti.bmf.hu/
nedvesség-mérô egységek tervezésére is sor került (5. ábra ). Mielôtt rátérünk arra, hogyan kapcsolható össze a gyakorló ûrszonda építése a természettudományos és technológiai tárgyakkal az egyetemi oktatásban, röviden szólunk az építés folyamatáról.
Fôbb lépések a Hunveyor-modellek fejlesztésében A Hunveyor-ûrszonda építése során a következô fôbb kutatási-oktatási-szervezési stratégiát követtük: 1. A fejlesztési és építési munkát több, egymásra épülô lépcsôben szerveztük meg: elôször a minimálûrszonda készült el, majd ezt folyamatosan fejlesztettük, úgy, hogy mindvégig mûködô egészként szerepelhessen a már elkészült egység. 2. Modul elven építettük az ûrszondát: önállóan is fejleszthetô és önmagában is megálló és mûködô egységeket építettünk, s ezeket az önálló részeket mindig 4. ábra. A Hunveyor-1 modell a laborasztalon
Hunveyor-5 Nyugat-Magyarországi Egyetem, Erdômérnöki Kar, Termôhelyismereti Tanszék. Sopron. Hunveyor-5 minimálûrszonda fejlesztés alatt. Programszervezô: Gucsik Arnold. Hunveyor-6 Dorogi Gimnázium. A Husar-6 2004-ben készült el. Programszervezô: Nyerges Gyula. Hunveyor-7 Pannonhalmi Fôapátsági Gimnázium. A Hunveyor-7 elôkészületben. Programszervezô: Pintér Ambrus. Hunveyor-8 Simonyi Károly Szakközépiskola, Pécs. A Hunveyor-8 elôkészületben. Programszervezô: Bíró Tamás. Hunveyor-9 Tatai Gimnázium, Tata. Programszervezô: Maknics András és Magyar Csabáné.
56
FIZIKAI SZEMLE
2008 / 2
5. ábra. Talajkeménység-mérô alrendszerek terve és számítógépes grafikai megvalósítása
összehangoltuk. Ehhez az összehangoláshoz követelmény az, hogy mindvégig kompatibilisek legyenek a részrendszerek. 3. Fejlesztési szinteket tûztünk ki célul. E szintek beiktatásával fokozatosan valósítottuk meg elôször az elektromos hálózatról mûködô, azután a hálózatfüggetlen, autonóm változatot. 4. A hazai beszerezhetôséget és alacsony költségszintet szem elôtt tartva elôször PC-alapú elektronikát fejlesztettünk. 5. Csoportmunkát szerveztünk. Hallgatói csoportok és társtanszéki együttmûködés egyformán részei voltak a programnak. Egyfajta oktatási fölhasználási lehetôség volt az is, ha a Hunveyor-modellen folytatott építési munka elkészítési és megvalósítási folyamatát elemeztük. A Hunveyor építése összetett technológiai folyamat, ezért összefoglalható gyártási folyamatábrán. Ez a fo6. ábra. A Husar-rover egy terve (fölül) és egy megvalósított modell, a mikroroverek (alul)
lyamatábra a mûveletsorok térképe, melyen az idô függvényében láthatjuk a munka fázisait. Az oktatásban megjelenô szintézismódszerhez és a technológiák összehasonlító módszeréhez is közel áll a Hunveyor gyakorló ûrszondán végzett építô és fejlesztô munka. A mûvelettérkép nemcsak sorba, hanem összképbe is rendezi a szakaszonként és külön-külön végzett építô mûveleteket. A munka elemzésének végeredménye az is, hogy a diákok jobban átlátják és megjegyzik az egyes munkafolyamatokat, a részfolyamatok egymáshoz való viszonyát, átlátják és memorizálják az egyes mûveleti lépéseket. Képet alkothatnak a nagy munka egészérôl és részeirôl is, de a reájuk halmozott részletismeretek nélkül. Megismerhetik tehát a munkafolyamat ábrázolási hierarchiáját is. Ez pedig elônyösen formálja nézeteiket abban az irányban, hogy minden rendszert egy jól megragadható szinten érdemes elôször áttekinteni, fölösleges részletek elhagyásával. A szerkezeti hierarchia tehát a diákokban formálódó rendszerszemlélet része lesz. Ez a hierarchia ugyanúgy vonatkozik az anyagokra is, melyek tulajdonságait fölhasználják az építés során és a technológiákra, melyek segítségével az építést végzik. A Hunveyor-modellek használatának egyik újabb célja az, hogy a diákok idejekorán ismerkedjenek meg egy sokoldalúan fejleszthetô, érdekes és komplex rendszerrel, amely összeépíthetô részrendszerekbôl áll és mûködô egységet alkot. Példaértékû az is, hogy számos technológia lekicsinyítve és más technológiák társaságában fordul elô a Hunveyoron. Az építés során a Hunveyor gyakorló ûrszonda a modulszerkezetû építést is érzékelteti. De a Hunveyor használatával azok számára is megismerhetôvé válnak az ûrkutatásban kifejlesztett konstrukciós eredmények, akik ilyenek közelébe sohasem juthatnak el. A Hunveyor építési program része volt a Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Ûrkutató Csoport (KAVÜCS) munkáinak. Munkacsoportjaink lehetôvé tették, hogy az ûrkutatási munkák rendszerében is elhelyezzük a Hunveyor-modell építését, amely a fejlesztések során a Husar (H ungarian U niversity S urface A nalyser R over) robotautóval bôvült (6. és 7. ábra ). A Husar-modellek belépésével még inkább szétágaztak a megva7. ábra. A Husar-2a rover a terepasztalon
A FIZIKA TANÍTÁSA
57
lósítási lehetôségek. A Hunveyor–Husar-rendszer a Pathfinder–Sojourner-együttest modellezi. A mûszerpark megoszlik a helyben maradó és a mozgó egység között. A méretek is kísérletezés tárgyai. Egy harmadik lehetôség is van a rendszer bôvítésére: egy Hunballon egység magasba emelkedhet egy légkörrel burkolt bolygótest felszínén. Ma ez a Titánra tervezett kutatás számára képzelhetô el.
A Hunveyor–Husar-modellek a KAVÜCS tevékenységi rendszerében A KAVÜCS munkacsoportjai a kozmikus anyagok vizsgálatának négyféle területén tevékenykednek. A NASA holdkôzeteinek vizsgálatával indult a munka, és a kôzettani anyagkutatás rövidesen kiterjedt a meteoritok vizsgálatára is. Planetológiai vizsgálatokat az égitestfelszíni alakzatok morfológiájának területén végzünk, és közremûködött ûrkutató csoportunk a Naprendszer bolygóit bemutató térképsorozat elkészítésében és kiadásában is (Hargitai Henrik térképeinél). A Hunveyor–Husar-fejlesztések képezték az égitestfelszíni mérések modellezését. Kozmikus szerkezetek tervezésénél pedig az ûrkutatás és geometria kapcsolatát vizsgáló csoportunk munkáit is hasznosítottuk (Kabai Sándor ). Visszapillantásunknál most összekapcsoljuk mindezen planetáris anyagvizsgálati munkáinkat és a Hunveyor–Husar-modell építését és fejlesztését. Mindegyik témánkban fontos szerepet játszik az ûrkutatás oktatása is, de egy új formában, az oktatva kutatási formában. A KAVÜCS nagy tématerületeinek összekapcsolása egy magasabb rendszerbe szervezés keretében történhet. Egy távoli bolygótest anyagainak megismerésére irányuló mûszaki-tudományos tervezési és építési rendszert tekinthetjük ilyen magasabb rendszernek. Nevezzük végcélnak a bolygótestrôl begyûjtött anyagok vizsgálatát. (Valójában ezt végezzük a NASA holdkôzetek esetében.) De hosszú mûszaki-tudományos tervezési és építési tevékenységsor juttat el bennünket a kôzetmintákhoz, vagy az égitestfelszíni anyagvizsgálatokhoz. E lépéseket, a külön-külön üzemeket kívánó munkákat 10 lépésre bontottuk. Ezeknek a nagy tevékenységi köröknek a nagy részét mi a KAVÜCS keretei között elsôsorban megismerni, tanulni és modellezni tudjuk. Mégis, egy áttekintô munka során, ha megismerkedünk az egész folyamattal, az jó fölkészülési stratégia. A nagy tevékenységi köröket, a tudomány- és iparági lépéseket a mellékelt diagram tartalmazza (2. táblázat ). Ebbôl a munkasorból tehát többet tevékenyen mûvelnek is a KAVÜCS ûrkutató csoport tagjai. A munkasort az égitest felszínének megismerésével indítjuk. Ennek ma ismert módja egy égitest körüli pályára helyezett mesterséges hold, amely lefényképezi a bolygó felszínét. Második lépésként az égitest felszínének rétegtani (sztratigráfiai) föltérképezése történik meg. Harmadik lépésnek azt a mûveletet vettük, amikor az orbitális mérések során kôzetek anya58
2. táblázat A planetáris anyagvizsgálatok a megismerô munkafolyamat fôbb állomásai
a KAVÜCS-nél végzett modellezô munkarészek
Az égitest felszínének megismerése orbitális ûrszondákkal.
Geomorfológia, fotogeológia, MGS, Lunar Orbiter, Galileo, Cassini, Voyager felvételei
A bolygótestek föltérképezése geográfiai és földtani (sztratigráfiai) módszerekkel.
Tematikus bolygótérképsorozat készítése, egyes kis atlasz kötetek geomorfológiai munkái.
Kôzetminták, planetáris felszíni anyagok forráshelyének azonosítása.
Planetáris analóg kôzetlelôhelyek tervezése, látogatása.
Ûrszonda tervezése bolygófelszíni vizsgálatokra (lander és rover együttes munkájára).
Ûrszonda modellezése a Hunveyor- és a Husarépítésekkel. (Következô szint: holdbázis)
Ûreszköz mérôrendszerének építése, tesztelése.
A Hunveyor- és a Husarmodellek építése, tesztelése.
Az ûreszköz planetáris felszínre juttatása. Mérések, terepi munkák ûreszközzel az égitest felszínén.
Terepasztali mérések, szimulációk és analóg terepeken végzett szimulációk, mérések a Hunveyor–Husarmodellekkel.
Mérési adatok, terepi kôzetminták Földre juttatása (Apollo, Luna).
A kapott mérési eredmények földolgozása. Végrehajtott munkák jelentéseinek tanulmányozása (pl. Surveyor-munkák).
Planetáris anyagminták vizsgálata (nemzetközi együttmûködésben).
NASA holdkôzeteinek vizsgálata.
Összehasonlító planetológiai és kozmopetrográfiai szintézis építése.
Az egész munkarendszert elemzô, bemutató oktatási anyagok készítése a kis atlaszokban.
gát azonosítjuk, és ezek alapján megtervezzük a mintavevô ûrszonda leszállási helyét. Negyedik lépésként illenek ebbe a tevékenységi sorozatba azok a munkafázisok, amelyek során a Hunveyor- és a Husar-modellek fejlesztése történik. A negyedik lépés ûrszonda tervezése bolygófelszíni vizsgálatokra és anyagok begyûjtésére. Ötödik fázis magának a mérôeszköznek, mérôrendszernek a megépítése és tesztelése. A hatodik fázisnak a leszálló eszköz égitestfelszínre juttatását tekintettük. Ezt a lépést csak szimulációs bemutatással tudjuk követni munkáink során. Amikor a bolygófelszínt kutató szondák megérkeztek az égitest felszínére, ismét bekapcsolódhatunk a munkába. Méréseket, felszíni vizsgálatokat végezhetünk az égitest felszínén. Ezt a mi adottságaink mellett sokrétûen modellezhetjük. Egyrészt a terepasztalon végzett, másrészt az analóg földrajzi tájakon végzett terepi munkákkal. A nyolcadik munkafázis a terepi mérési adatok „Földre”, adatközpontokba juttatása. FIZIKAI SZEMLE
2008 / 2
tervezett mérésekké. A hallgatók számára ezzel lehetôség nyílik (már a közép-, majd a felsôfokú oktatási szakaszban) az ûreszközökkel végzett komplex tevékenységek ipari szintû, igen összetett folyamatába való bekapcsolódásra.
Terepgyakorlatok a Hunveyor– Husar-modellekkel
8. ábra. A Hunveyor-4 Mars-analóg terepgyakorlaton, Gánton
Ezt a munkafázist a mérés során a Hunveyor–Husarmodellek és a földi irányítóközpont szerepét betöltô számítógép közötti kommunikációval tudjuk megvalósítani. Kilencedik munkafázis lehet a Földre jutott (NASA) kôzetminták mikroszkópi (és spektroszkópi) összehasonlító anyagvizsgálata. Ez utóbbi során a résztvevô egyetemi hallgatók a NASA-holdkôzetek tanulmányozásán keresztül megismerkedhetnek számos planetáris kôzettani anyagtípussal, bolygókôzettani kutatási programmal is. A kutatva tanulás lehetôségét a kozmikus anyagokkal párhuzamosan földi anyagok technológiáinak megismerésére is fölhasználjuk. A befejezô munkafázis az egész munkaprogram összegzése, melynek során összehasonlító planetológiai és kozmo-petrográfiai (petrográfia = kôzettan ) szintézis születik. A program elágazásai szinte kimeríthetetlen gazdagsággal követik mindazokat a lehetôségeket, amelyekbe diákjaink és egyetemi, fôiskolai hallgatóink már ma is be tudnak kapcsolódni a nagy ûrügynökségek folyamatban lévô ûrprogramjaiban. Ebben a planetáris anyagvizsgálati munkasorban lehet igazán értékelni azokat a munkafázisokat, amelyeket a Hunveyor építése és a Husar-rover fejlesztése képvisel. Fontos mindig tudatosítanunk, hogy mindezt modellezési szinten végezzük, de a nagyobb iparági vertikumban elfoglalt helyét is láthatjuk. A munkák kigondolása és megszervezése: a munkákban részt vevô egyetemi hallgatók megismerkedhetnek számos mûszaki és terepi geológiai megfigyelési és mérési programmal, melyek részét képezik a bolygókutatási programoknak is. Másrészt a terepi munkát „át tudják majd fogalmazni” mûszeres közvetett munkává és a Hunveyor–Husar-robotépítésen beA FIZIKA TANÍTÁSA
A természettudományos kutatói oldal sokrétûségét nézzük meg például a geológiai oldalról. A célégitest felszínének anyagát, például a holdi vagy a marsi talajt sokféle mûszerrel vizsgálták már a simán leszállt Surveyor, illetve Viking és Pathfinder robotok, valamint az Apollo-ûrhajósok is. A terepi geológiai munkák bekapcsolására kiegészítettük a Hunveyort egy terepasztallal, amely különféle planetáris tájakat modellezhet. Berendeztük már holdi, marsi sivatagi, sôt folyóvölgyi terepként is. A Husar-roverrel társítva a Hunveyort e tájról internetre képet is közvetítettünk. Az internetcímrôl volt mozgatható a kisautó is és a kaparó kar is. A kar beáshatott és megemelhette a sivatag homokját, mely azután visszacsorgott a sivatagi tájra. Egyik sivatagunk a Naprendszer fôbb kôzettípusait mutatta be. Egy másik marsi sivatagi tájat a Pathfinder által fényképezett olyan sziklákkal népesítettük be, amelyeket a bolygótestek sivatagos felszínét érô hatások, átalakítások mintázata borította (porlerakódás, becsapódás, áramlás utáni elrendezettség stb.) 2005-ben célul tûztük ki azt, hogy terepgyakorlatokon is kipróbáljuk a rendszert. Elhatároztuk, hogy olyan planetáris analóg helyszíneket látogatunk meg Magyarországon, amelyek mind a geológiai terepi munka szempontjából, mind pedig a Hunveyor-fejlesztések és a mérések fejlesztése és kipróbálása szempontjából sok haszonnal járhatnak a fejlesztôk számára. Az elsô ilyen terepi látogatásra a Kecskemét melletti Fülöpházán került sor. Itt található hazánk egyetlen futóhomokos dûnesora. Második terepgyakorlatunkra Nógrádon, a Vár-hegy melletti mezôkön található éles kavicsok terepén került sor. Ezek a marsi jégkorszaki szelek által lapos oldalúakra csiszolt kôzetdarabok földi párjai. Késôbb látogatást tettünk a béri andezitnél, majd Gánton a külszíni fejtés bányagödrénél (8. ábra ). Itt a vörös sziklasivatagi táj vízmosásai, kôzetkibúvási és más felszíni formái tették a terepet szintén marsi analóg tájjá. Egy másik terepgyakorlat-csoportot a Mecsek-hegységben tartottunk: Hosszúhetényben a vénuszi kôzetekkel is rokon fonolitot bányásszák. Újabb nagy analóg szimulációs terepgyakorlatunk volt a szentbékkállai (9. ábra ) és a hegyestûi látogatás (10. ábra ). Mindkét helyen bazaltok vannak jelen és a bazaltok, mondhatni, interplanetáris kôzetek, csaknem minden égitesten elôfordulnak. A szentbékkállai kôzet jelentôsége abban áll, hogy a tufában található zárványok egy sorozata rokonítható a marsi eredetû shergottitos meteoritek körében fölismert magmás kôzetsorozathoz. A Hegyestû bazaltoszlopai pedig a 59
9. ábra. Hunveyor- és Husar-modellek szimulációs terepgyakorlaton Szentbékkállán
kiömlés folyamatáról mutatnak be szemléletes metszetképet, égitestléptéken. Ma még csak elkezdhettük ennek a gazdag kapcsolatrendszernek a mûvelését, amit a robotok terepi használata jelent. A Husar-rover újabb kipróbálási lehetôségét jelentette egy amerikai terepgyakorlat, melyet Hargitai Henrik hajtott végre a Sziklás-hegységben, a Marsi Sivatagi Bázison a Husar-2b robotautóval (11. ábra ).
A Hunveyor–Husar-modellek pedagógiai értéke
egyszerûbb mérôrendszereinek megépítésével a hallgatók informatikai, környezettudományi, fizikai, kémiai és planetáris geológiai ismeretei is gyarapodnak. Fontos, hogy mindvégig egységes egészként kezelik a mûszeregyüttest mint technológiai rendszert, amely befogadja, méri és továbbítja a környezet folyamatairól érkezô adatokat. Az ûrszonda mérô és informatikai folyamatait kapcsoltan, szintézisben kell, hogy lássák a diákok a környezetben zajló áramlásokkal (szél, víz, talaj, hô stb.), melyekbe a mérômûszerek „csápjaikat” belemerítik. A Hunveyor kísérleti gyakorló ûrszonda építési munkái így rendszerszemléletet is kialakítanak bennük. A 21. századi oktatásban célunk az is, hogy tantárgyaink legyenek érdekesek és aktuálisak. A végzett feladatok tegyék a diákokat képzeletgazdaggá is. Ezért ne csak kész feladatokat adjunk nekik, hanem mozgassuk meg fantáziájukat a tennivalók sokrétûségével. Mi, tanárok, már elôre kigondoltuk számos részletét a komplex Hunveyor-építési feladatnak. De hagyjuk a diákokat szabadon alkotni, csak bizonyos célokat (talajt kaparjon a robotkar, nézzen körül a kamera stb.) adjunk meg, s a megvalósítást bízzuk rájuk. Ez az életre nevelô, konstruáltató természettudományi és technológiai oktatás ismét vonzó lesz a diákok számára. Ebben a munkában várjuk az érdeklôdô kollégák együttmûködését. 11. ábra. A Husar-2b részt vett a utahi Mars Desert Station programon, a Mars-analóg tájon, ahova Hargitai Henrik kollégánk vitte el.
A gyakorló ûrszondamodellek építése a modern oktatási formák felé mutat: tehát pedagógiai értékû is ez az építési program. Tantárgyintegráló szerepe is elvitathatatlan. Az a hallgató, aki egy mûködô ûrszondát a maga sokszínû fedélzeti technológiáival, elektronikáival, informatikai feladataival végiggyakorolt, meg fogja állni a helyét a polgári életben is, ahol a technológiák ismerete és a szervezô-építô tudás is nélkülözhetetlen. A Hunveyor-rendszer a jövôbeli érdekfeszítô oktatás egyik ígérete. A Hunveyor gyakorló ûrszonda vázának, elektronikájának, s a kezdetben fölszerelésre kerülô 10. ábra. A Hunveyor-4 Hegyestûn
60
FIZIKAI SZEMLE
2008 / 2
3. táblázat A Hunveyor kísérleti gyakorló ûrszonda szerkezete és a planetáris felszíni áramlások közötti kölcsönhatási mátrix
égitest szerkezeti, felszíni részei, áramlások
Hunveyor váz + felületek
érzékelôk + elektronika
energiaellátás
mozgató egységek
szél, gázok áramlása
A nagy szélnyomás elsodorhatja, kibillentheti a szerkezetet.
„Érzékelô fülek” a szél, tömegspektrométer a kémiai öszszetétel mérésére.
talaj, a felszíni por
A felszíni poranyag lerakódhat a Hunveyor szabad felületein.
Kiszûrés, vizsgálatba és mûszerbe „beemelés”, kémiai öszszetétel vizsgálata.
A lerakodó por idôvel gyengíti az energiatermelés hatékonyságát.
A mozgó alkatrészeket a felszínen szálló portól védeni kell.
fény, színek
A Napról jövô fény szóródhat, és tükrözôdhet a Hunveyor felületein.
Visszavert fény színképelemzése spektroszkóppal, kôzetek színe, fényképek.
Napelem termeli az ûrszonda energiáját, kísérlethez fókuszálható.
hô, termikus viszonyok
Bizonyos irányokban hôszigetelés/ hôelvezetés kell. Hôtágulás!
Hômérôk, hôtágulásmérôk, hôtágulásbélyegek.
Tükörrel vagy lencsével fókuszálható a napfény egyes kísérletekhez.
elektromos töltések
Feltölthetik a vázat, ha nincsen elektromos földelés.
Elektrosztatikus effektusok mérése.
mágneses szemcsék
Bizonyos anyagok esetén a vázra rakódhat a talaj mágnesesen aktív pora.
Mágneses szemcsék szelektálása alakzatra rendezôdéssel (dán kísérlet).
A Hunveyor–Husar-modellrendszer távlatai A Hunballon említésével már érintettük a távlati terveket is. A Hunveyor–Husar-modellrendszer a földi környezettudomány oktatásának is fontos kísérleti objektuma. A robotokon helyet foglaló technológiák olyan mûveletsorokat alkotnak, amelyek mátrixba rendezhetôk. Ezzel a Hunveyor-mátrixszal a meglátogatott bolygótest felszínén zajló áramlásokat és a Hunveyor– Husar-modelleken lévô mérô- és információs technológiákat kapcsolhatjuk össze. Amikor a mátrixot egy ûrszonda elvi bemutatására használjuk, akkor az összekapcsolt mérô és információs technológiák térképét láthatjuk magunk elôtt, mert az ûrszonda: megszôtt mérô, információs és adatföldolgozó technológiák együttese. A Hunveyor-mátrixban (3. táblázat ) a vízszintes irányban haladó méréstechnológiák és az oszlopokat képezô környezeti áramok keresztezik egymást. Egy bolygófelszíni áramlást különbözô mérési mûveletekkel érzékelhetünk. Ezek a mérések képezik a mátrix oszlopait. Például a szél és a por áramlásába, anyagáramába különféle méréstechnológiai érzékelôk nyúlnak bele. A Hunveyor-mátrix tehát egyszerre láttatja velünk a méréshez használt mûszereket és a környezet áramlásait. Mindezek a földi környezetben is hasznosítható ismeretek. Egy másik távlatos fejlesztési irány a számítástechnika terén végzett fejlesztések sokasága, a mûszerek kicsinyítése, valamint a hordozhatóság elérése. A Hunveyor-építési munkát segíti az, hogy az elmúlt tíz évben öt alkalommal fejlesztési támogatást A FIZIKA TANÍTÁSA
kommunikáció, rádióantennák
kaptunk témapályázat keretében a Magyar Ûrkutatási Irodától. Ezekért a támogatásokért a Hunveyor–Husar-modellrendszert fejlesztô közösség nevében is köszönetet mondunk. Irodalom Bérczi Sz., Cech V., Hegyi S., Borbola T., Diósy T., Köllô Z., Tóth Sz. (1998): Lunar and Planetary Science XXIX, #1267; Houston Bérczi Sz., Drommer B., Cech V., Hegyi S., Herbert J., Tóth Sz., Diósy T., Roskó F., Borbola T. (1999): Lunar and Planetary Science XXX. #1332, Houston Hegyi S., B. Kovács, M. Keresztesi, I. Béres, Gimesi, Gy. Imrek, Lengyel, J. Herbert (2000): Lunar and Planetary Science XXXI, #1103, Houston, Roskó F., T. Diósy, Sz. Bérczi, A. Fabriczy, V. Cech, S. Hegyi (2000): Lunar and Planetary Science XXXI, #1572, Houston, Bérczi Sz., T. Diósy, Sz. Tóth, S. Hegyi, Gy. Imrek, Zs. Kovács, V. Cech, E. Müller-Bodó, F. Roskó, L. Szentpétery, Gy. Hudoba (2002): Lunar and Planetary Science XXXIII, Abstract #1496, LPI, Houston (CD-ROM). Hudoba Gy., Balogh Z., Sáfár A., Bérczi Sz. (2006): Constructing Hunveyor-4 Educational Space Probe. (SAMI-2006), Herlany, Slovakia Hudoba Gy., S. Hegyi, H. Hargitai, A. Gucsik, S. Józsa, A. Kereszturi, A. Sik, Gy. Szakmány, T. Földi, P. Gadányi, Sz. Bérczi. (2006): Lunar and Planetary Science XXXVII, #1114, LPI, Houston. 2005. augusztus 29-i dátummal Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Ûrkutató Csoportunk egy kollektívája megkapta a „Hunveyor szabadalmat”, melyet eredetileg 2000. augusztus 14-én nyújtottunk be. A Szabadalmi Okirat adatai: A Magyar Szabadalmi Hivatal az okirathoz fûzött leírás alapján 224 382 lajstromszámon, a P 00 03283 ügyszámú bejelentésre szabadalmat adott. A szabadalmi bejelentés napja 2000. augusztus 14. A találmány címe: Planetáris felszíni viszonyok modellezésére és mérésére alkalmas elrendezés. A szabadalom jogosultja és feltaláló: Bérczi Szaniszló, Budapest, Diósy Tamás, Budapest, Drommer Bálint, Budapest, Földi Tivadar, Budapest, Tóth Szabolcs, Szeged. Munkánkat sok mindenben segítette Varga Tamás Péter szabadalmi ügyvivô úr.
61
